ブロックチェーンは、高度な暗号化や意思決定と動作の数学的モデルなど、さまざまなメカニズムを通じてセキュリティの強化を実現します。ブロックチェーン技術はほとんどのデジタル通貨システムのインフラストラクチャであり、デジタル通貨のコピーや破壊を防ぎます。

データの改ざんが不可能であり、セキュリティ要件が非常に高い他の環境でも、ブロックチェーン技術の適用は特に重要です。例には、慈善寄付、医療データベース、サプライ チェーン管理の記録と追跡が含まれます。

ただし、ブロックチェーンのセキュリティは単純な問題ではありません。したがって、これらの革新的なシステムの基本概念とメカニズムがブロックチェーンにどのように強力な保護を提供するかを理解することが重要です。


不変性と合意の概念

多くのセキュリティ機能がブロックチェーンに関連付けられていますが、最も重要なものの 2 つはコンセンサスと不変性です。コンセンサスとは、分散型ブロックチェーン ネットワーク内のノードが、ネットワークの真のステータスとトランザクションの有効性について合意に達できることを意味します。コンセンサスに達するプロセスは、多くの場合、ネットワークで使用されるコンセンサス アルゴリズムに依存します。

一方、不変性とは、ブロックチェーンが確認されたトランザクション記録が変更されるのを防ぐことを意味します。これらの取引はデジタル通貨の変換に関連付けられることが多いですが、他の非通貨形式の電子データの記録プロセスを指す場合もあります。

全体として、コンセンサスと不変性は、ブロックチェーン ネットワークにおけるデータ セキュリティの基本的なフレームワークを提供します。コンセンサス アルゴリズムにより、すべてのノードがシステム ルールに従い、ネットワークの現在の状態を認識することが保証され、改ざんがないことで、有効性が検証された各ブロック データとトランザクション レコードの整合性が保証されます。


ブロックチェーンのセキュリティにおける暗号の役割

ブロックチェーンは主に暗号化テクノロジーに依存してデータのセキュリティを確保します。暗号化ハッシュ関数がこのテクノロジーの鍵となります。ハッシュは計算プロセスであり、ハッシュ アルゴリズムは、任意のサイズのデータ​​を入力し、予測可能な固定サイズのハッシュ (つまり、ハッシュ関数) を出力できるアルゴリズムです。

入力データのサイズに関係なく、出力は常に同じバイトです。しかし、入力が変わると、出力はまったく異なります。入力が変わらない限り、ハッシュ関数を何度実行しても、出力されるハッシュ値は常に同じになります。

ブロックチェーンでは、これらの出力値 (つまりハッシュ) はデータのブロックの一意の識別子です。各ブロックのハッシュは、前のブロックのハッシュを基準にして生成され、ブロックをリンクしてブロックチェーンを形成します。さらに、ブロック ハッシュはブロックに含まれるデータによって決定されます。つまり、データに変更を加えるとブロック ハッシュも変更されます。

したがって、このブロックのデータと前のブロックのハッシュを合わせて各ブロックのハッシュが決定されます。これらのハッシュ識別子は、ブロックチェーンが安全で改ざんできないことを保証する上で重要な役割を果たします。

ハッシュ関数は、トランザクションを検証するためのコンセンサス アルゴリズムでも使用されます。たとえば、ビットコイン ブロックチェーンでは、Proof of Work (PoW) アルゴリズムは SHA-256 と呼ばれるハッシュ関数を使用します。名前が示すように、SHA-256 は入力データを受け取り、256 ビットまたは 64 文字長のハッシュ値を出力します。

暗号化は、分散台帳の取引記録を保護するだけでなく、デジタル通貨を保管するウォレットのセキュリティにおいても重要な役割を果たします。公開キーと秘密キーのペアにより、ユーザーはそれぞれ非対称暗号化または公開キー暗号化を使用してデジタル通貨を送受信できるようになります。秘密キーは、取引に必要な電子署名を生成するために使用され、それによって送信される通貨の所有権を検証します。

詳細についてはこの記事の範囲を超えていますが、非対称暗号の特性により、秘密キーの所有者以外の誰もがデジタル通貨ウォレットに保存されている資金にアクセスすることができなくなり、資金の所有者が資金の使用を決定する前にアクセスできなくなります。これらの資金は安全に保管してください (秘密鍵が共有されたり漏洩されたりしない限り)。


暗号経済学

暗号化に加えて、暗号経済学と呼ばれる新しい概念も、ブロックチェーン ネットワークのセキュリティを維持する上で重要な役割を果たしています。これは、数学的原理を使用して、ルールと報酬が確立された状況で合理的な主体によって行われる決定をシミュレートするゲーム理論の研究分野と密接に関連しています。従来のゲーム理論はさまざまなビジネスケースに幅広く適用できますが、暗号経済学も分散ブロックチェーン システム上のノードの動作を独立してモデル化し、記述します。

簡単に言えば、暗号経済学はブロックチェーンプロトコル内の経済学の研究であり、その設計原則は参加者の行動に基づいて異なる結果を生み出す可能性があります。暗号経済セキュリティは、ブロックチェーン システムがノードに悪意や誤った行動ではなく真に行動するためのより大きなインセンティブを提供するというモデルに基づいています。さらに、ビットコイン マイニングで使用されるプルーフ オブ ワーク コンセンサス アルゴリズムは、この種のインセンティブを提供する優れた例です。

サトシ・ナカモトがビットコイン・マイニングのフレームワークを考案したとき、それは高価でリソースを大量に消費する取り組みになるように意図的に設計されました。 PoW マイニングはその複雑さと計算要件により、マイニング ノードの場所や使用者に関係なく、多大な資金と時間の投資が必要となります。したがって、この構造は悪意のあるアクティビティに対する強力な保護を提供し、誠実なマイニング動作を促進します。悪意のあるノードや非効率なノードはブロックチェーン ネットワークからすぐに削除されますが、真正で効率的なマイナーは多額のブロック報酬を受け取る可能性があります。

同様に、コンセンサスを損なう可能性のある潜在的な攻撃を防ぐために、ブロックチェーンネットワークのハッシュレートの大部分を単一の組織またはエンティティの手に委ねることによって、リスクと利点のバランスを達成することもできます。有名な 51% 攻撃と同様、一度成功すると大きなダメージを与える可能性があります。プルーフ・オブ・ワークの競争メカニズムとビットコイン・ネットワークの規模を考慮すると、悪意のあるユーザーがほとんどのノードを制御できる可能性は非常に低いです。

さらに、巨大なブロックチェーン ネットワークでは、51% 攻撃を実行するために消費されるコンピューティング パワーは天文学的な数字になるため、この莫大な投資と比較的小さな潜在的な利益の差も、攻撃の発生に直接影響します。抑制効果。これは、ブロックチェーンの典型的な機能であるビザンチン フォールト トレランス (BFT) にも貢献します。これは、一部のノードが侵害されたり、悪意のある動作が発生したりしても、分散システムは引き続き正常に動作し続けることができることを示しています。

多数の悪意のあるノードを生成するコストが高すぎ、実際のマイニング活動をより適切に奨励できる限り、システムは抵抗なく成長し続けることができます。ただし、比較的小規模なブロックチェーン ネットワーク システムでは、使用される総ハッシュ レートがビットコイン ネットワークのハッシュ レートよりもはるかに低いため、攻撃に対して脆弱になる可能性があることに注意してください。


要約する

ゲーム理論と暗号を組み合わせて使用​​することで、ブロックチェーンは分散システムのようなより高いセキュリティを実現できます。ただし、ほとんどすべてのシステムと同様に、これら 2 つの知識領域を正しく適用することが重要です。信頼性が高く効率的なデジタル通貨ネットワークを構築するには、分散化とセキュリティのバランスが重要です。

ブロックチェーンが開発と推進を続けるにつれて、そのセキュリティ システムもさまざまなアプリケーションのニーズを満たすために変化します。たとえば、今日の営利企業向けに開発されたプライベート ブロックチェーンは、アクセス制御によって提供されるセキュリティに依存しています。これは、ほとんどのパブリック ブロックチェーンで使用されているゲーム理論メカニズム (または暗号経済学) とは大きく異なります。